發(fā)動機、變速箱基本工作原理

1、發(fā)動機、變速箱基本工作原理一、基本理論汽油發(fā)動機將汽油的能量轉(zhuǎn)化為動能來驅(qū)動汽車，最簡單的辦法是通過在發(fā)動機 內(nèi)部燃燒汽油來獲得動能。因此，汽車發(fā)動機是內(nèi)燃機燃燒在發(fā)動機內(nèi)部發(fā) 生。有兩點需注意：1. 內(nèi)燃機也冇其他種類，比如柴油機，燃氣輪機，各冇各的優(yōu)點和缺點。2. 同樣也有外燃機。在早期的火車和輪船上用的蒸汽機就是典型的外燃機。燃 料（煤、木頭、油）在發(fā)動機外部燃燒產(chǎn)生蒸氣，然后蒸氣進入發(fā)動機內(nèi)部來產(chǎn)生 動力。內(nèi)燃機的效率比外燃機高不少，也比相同動力的外燃機小很多。所以，現(xiàn)代 汽車不用蒸汽機。相比之下，內(nèi)燃機比外燃機的效率高，比燃氣輪機的價格便宜，比電動汽車容易 添加燃料。這些優(yōu)點使得大部

2、分現(xiàn)代汽車都使用往復式的內(nèi)燃機。二、燃燒是關(guān)鍵汽車的發(fā)動機-般都采用4沖程。（馬自達的轉(zhuǎn)子發(fā)動機在此不討論，汽車陸報 曾做過介紹）4沖程分別是：進氣、壓縮、燃燒、排氣。完成這4個過程，發(fā)動機完成一個周 期（2圈）。理解4沖程活塞，它由一個活塞桿和曲軸相聯(lián)，過程如下1. 活塞在頂部開始，進氣閥打開，活塞往下運動，吸入油氣混合氣2. 活塞往頂部運動來壓縮油氣混合氣，使得爆炸更有威力。3. 當活塞到達頂部時，火花塞放出火花來點燃油氣混合氣，爆炸使得活塞再次 向下運動。4. 活塞到達底部，排氣閥打開，活塞往上運動，尾氣從汽缸由排氣管排出。 注意：內(nèi)燃機最終產(chǎn)生的運動是轉(zhuǎn)動的，活塞的直線往復運動最終由曲

3、軸轉(zhuǎn)化為 轉(zhuǎn)動，這樣才能驅(qū)動汽車輪胎。三、汽缸數(shù)發(fā)動機的核心部件是汽缸，活塞在汽缸內(nèi)進行往復運動，上面所描述的是單汽缸 的運動過程，而實際應用中的發(fā)動機都是有多個汽缸的（4缸、6缸、8缸比較 常見）。我們通常通過汽缸的排列方式對發(fā)動機分類：直列、v或水平對置（當 然現(xiàn)在還有大眾集i才i的w型，實際上是兩個v組成）。見下圖 水平對置4缸不同的排列方式使得發(fā)動機在順滑性、制造費用和外型上有著各自的優(yōu)點和缺 點，配備在相應的汽車上。四、排量混合氣的壓縮和燃燒在燃燒室里進行，活塞往復運動，你可以看到燃燒室容積的 變化，最大值和最小值的差值就是排量，用升（l）或毫升（cc）來度量。汽車 的排量一般在1.

4、5c4. olz間。每缸排量0. 5l, 4缸的排量為2. 0l,如果v型 排列的6汽缸，那就是v6 3.0升。一般來說，排量表示發(fā)動機動力的大小。所以增加汽缸數(shù)量或增加每個汽缸燃燒室的容積可以獲得更多的動力。五、發(fā)動機的其他部分凸輪軸 控制進氣閥和排氣閥的開閉火花塞火花塞放出火花點燃油氣混合氣，使 得爆炸發(fā)生?；鸹ū仨氃谶m當?shù)膮己蚍懦?。閥門進氣、出氣閥分別在適當?shù)臅r候打開來吸入油氣混合氣和排出尾氣。在壓 縮和燃燒時，這兩個閥都是關(guān)閉的，來保證燃燒室的密封?；钊h(huán)在氣缸壁和活塞屮提出密封：1. 防止在壓縮和燃燒時油氣混合氣和尾氣泄漏進潤滑油箱。2. 防止?jié)櫥瓦M入汽缸內(nèi)燃燒。大多“燒機油”的汽

5、車就是因為發(fā)動機太舊：活塞環(huán)不再密封引起的（尾氣管冒 青煙）活塞桿連接活塞環(huán)和曲軸，使得活塞和曲軸維持各自的運動。潤滑油槽 包圍著曲軸，里面有相當數(shù)量的油.動變速箱的基本工作原理-、變速箱的作用 發(fā)動機的物理特性決定了變速箱的存在。首先，任何發(fā)動機都冇其峰值轉(zhuǎn)速；其 次，發(fā)動機最大功率及最大扭矩在一定的轉(zhuǎn)速區(qū)出現(xiàn)。比如，發(fā)動機最大功率出 現(xiàn)在5500轉(zhuǎn)。變速箱可以在汽車行駛過程屮在發(fā)動機和車輪z間產(chǎn)生不同的變 速比，換檔可以使得發(fā)動機工作在其最佳的動力性能狀態(tài)下。理想情況下，變速 箱應具有靈活的變速比。無級變速箱(cvt)就具有這種特性，可以較好的發(fā)揮 發(fā)動機的動力性能。二、cvt無級變速箱有

6、著連續(xù)的變速比。其一直因為價格、尺寸及可靠性的關(guān)系而沒有大 量裝備汽車?，F(xiàn)在，改進的設計使得cvt的使用已比較普遍。國產(chǎn) audi 2. 8 cvt變速箱通過離合器與發(fā)動機相連，這樣，變速箱的輸入軸就可以和發(fā)動機達到同 步轉(zhuǎn)速奔馳c級sport coupe 6速手動變速箱一個5檔的變速箱捉供5種不同的變速比，在輸入軸和輸出軸間產(chǎn)生轉(zhuǎn)速差。見 下表：三、簡單的變速箱模型 為了更好的理解變速箱的工作原理，下面讓我們先來看一個2檔變速箱的簡單模 型，看看各部分之間是如何配合的：?輸入軸(綠色)通過離合器和發(fā)動機相連，軸和上面的齒輪是一個部件。?軸和齒輪（紅色）叫做中間軸。它們一起旋轉(zhuǎn)。軸（綠色）旋轉(zhuǎn)

7、通過嚙合的齒 輪帶動屮間軸的旋轉(zhuǎn)，這吋，屮間軸就可以傳輸發(fā)動機的動力了。?軸（黃色）是一個花鍵軸，直接和驅(qū)動軸相連，通過羌速器來驅(qū)動汽車。車輪 轉(zhuǎn)動會帶著花鍵軸一起轉(zhuǎn)動。?齒輪（藍色）在花鍵軸上自由轉(zhuǎn)動。在發(fā)動機停止，但車輛仍在運動小吋，齒 輪（藍色）和中間軸都在靜止狀態(tài)，而花鍵軸依然隨車輪轉(zhuǎn)動。?齒輪（藍色）和花鍵軸是由套筒來連接的，套筒可以隨著花鍵軸轉(zhuǎn)動，同時也 可以在花鍵軸上左右自由滑動來嚙合齒輪（藍色）。1檔掛進1檔時，套筒就和右邊的齒輪（藍色）嚙合。見下圖如圖所示，輸入軸（綠色）帶動中間軸，中間軸帶動右邊的齒輪（藍色），齒輪 通過套筒和花鍵軸相連，傳遞能量至驅(qū)動軸上。在這同吋，左邊的

8、齒輪（藍色） 也在旋轉(zhuǎn)，但曲于沒有和套筒嚙合，所以它不對花鍵軸產(chǎn)生影響。當套筒在兩個齒輪屮間時（第一張圖所示），變速箱在空擋位置。兩個齒輪都在 花鍵軸上自由轉(zhuǎn)動，速度是由中間軸上的齒輪和齒輪（藍色）間的變速比決定的四、真正的變速箱如今，5檔手動變速箱應用已經(jīng)很普遍了，以下是其模型。換檔桿通過三個連桿連接著三個換檔叉，見圖在換擋桿的屮間有個旋轉(zhuǎn)點，當你撥入1檔吋，實際上是將連桿和換檔叉往反方 向推你左右移動換檔桿吋，實際上是在選擇不同的換檔叉（不同的套筒）；前后移動 時則是選擇不同的齒輪（藍色）倒檔通過一個中間齒輪（紫色）來實現(xiàn)。如圖所示，齒輪（藍色）始終朝其他 齒輪（藍色）相反的方向轉(zhuǎn)動。因此

9、，在汽車前進的過程屮，是不可能掛進倒檔 的，套筒上的齒和齒輪（藍色）不能嚙合，但是會產(chǎn)生很大的噪音。同步裝置同步是使得套筒上的齒和齒輪（藍色）嚙合2前產(chǎn)生一個摩擦接觸，見卜圖齒輪（藍色）上的錐形凸出剛好卡進套筒的錐形缺口，兩者之間的摩擦力使得套 筒和齒輪（藍色）同步，套筒的外部滑動，和齒輪嚙合。汽車廠商制造變速箱時有齊口的實現(xiàn)方式，這里介紹的是一個基木的概念!變速箱發(fā)展至今，已經(jīng)冇手排檔，自動排檔的設計，其中自排變速箱更發(fā)展出無 段變速系統(tǒng)，或手自變速系統(tǒng)，然而，它們都一樣有共同的功能：（1）傳遞引擎的輸出動力（2）能變換齒輪的組合以應付不同需求現(xiàn)在我們來看看手排變速箱的基本構(gòu)造：變速箱輸入軸

10、通過離合器，變速箱輸入軸跟引擎的曲軸連接在一起，它的功能就是輸入引 擎的動力。變速箱輸出軸變速箱輸出軸和汽車的傳動裝置直接連接在一起，把動 力輸出使用。排檔機構(gòu)這個機構(gòu)就是整個變速箱功能的地方，它就是各種齒輪的 地方，藉曲不同的組合，實現(xiàn)變速箱操作的目的。同步器同步器的目的是幫助變速齒輪能同步咬合，確保變速箱換檔操作時的 平順。其實，變速箱是一個精密度相當高且復雜的機械，直到今天，大多數(shù)的車 廠是不自己生產(chǎn)變速箱的，也許你不相信，但是，這些車廠都交給專門在設計變 速箱的公司來生產(chǎn)，無論是手排、自排，還是手-自排的變速箱，都冇很冇名的 公司在專司的，如響譽世界的德國zf, m-benz全車系階采

11、該公司的變速箱。離 合器離合器就是專司動力傳遞的接合或分離的裝置。手排變速箱所使用的是屬 于”磨擦片離合器”，利用磨擦片的磨擦來產(chǎn)生力矩，來傳遞動力。一片磨擦片與動力輸入端連接，另一片與變速箱輸出端連接，當兩片緊緊接 合時，動力就接通了，而兩片分開時，動力就切斷。齒輪比的意義與重要性變速箱的重要動作就是更換不同的齒輪組合，我們可以撥動手排檔的檔位來改變 齒輪的相對位子，借著不同齒輪間的咬合與連接，以達到變換“齒輪比”（簡稱 齒比）的目的，完成我們換檔的目的。我們騎山地自行車時所給我們的實際經(jīng)驗就可以體會的到，當我們想快速起步 時，我們可以把前輪換成小齒輪，后輪換成大齒輪，這時我們就可以輕易且快

12、速 地起步。隨著腳踏車速度的增加，我們會發(fā)現(xiàn)腳再怎么用力踩，速度述是增加冇 限。這時候，我們可以變換后輪的齒輪由大換成小，再把前輪換成較大的齒輪， 這吋踏板的感覺變重了，但是不必像之前踩的這么多圈，腳踏車的速度可以更快 t同樣的道理，我們汽車在設計使用上時，并不是直接把引擎的輸出接到傳動軸上, 而是接到變速箱上面，再由變速箱的輸出軸接到傳動軸上輸出。汽車在起步時， 需要先克服靜摩擦力，然后再推動車身前進，這吋是需要較大的扭力來幫忙的； 于是低檔位（一檔）時，是類似腳踏車起步的“前面小齒輪，后面大齒輪”的設計, 當車速越來越快時，我們不必需要這么大的扭力輸出，在高速檔時，變速箱將換 成類似騎腳踏

13、車時的“后而小齒輪，前而大齒輪”的設定。無論是手排還是自排，都有變換齒輪組合以達成更換齒輪比的動作，而“齒輪 比”我們定義成：被動齒輪的大小（半徑）/驅(qū)動齒輪的大?。ò霃剑晃覀円砸慌_ 派里奧1. 5來舉例：這臺車有1070kg重，它有85hp/5500rpm與122. 5nm/4500rpm 的動力性能，原廠提供的齒比資料是：一檔（1速）是3. 500；二檔（2速）1. 952；三檔（3速）是1. 323；四檔（4速）是0. 972； 五檔（5速）是0. 769,而倒退檔是3.643；就一檔而言：3. 500就是被動齒輪的 大?。╫ut郅put）/驅(qū)動齒輪的大?。╥nput）是3. 500,

14、因此,當引擎在4500rpm 時冇122. 5nm的扭力值，此時真正推動車身上的扭力就是:122.5nmx3.5o一檔吋高達3. 5的齒輪比，原廠的用意就相當明顯：起步時會很有力。在市區(qū)行 駛，走走停停的，這樣的設計是有助于起步?jīng)_刺；而各檔位的齒輪比或檔位間齒 比的差異，都是影響車了的運動性能，高齒比是為了扭力，而高檔（四檔或五檔） 的低齒比就是為了高速行駛與引擎提速的發(fā)揮了。此外還要考慮換檔吋的動力差異不致于過大。那到底要如何設定齒輪比呢？因為 齒比過高，就轉(zhuǎn)的慢；齒比太低又有扭力不足的口j能，各檔齒比又不能差異過人。 怎么辦呢?你一定想的到：那就發(fā)展更多的檔位，各檔間可以調(diào)整成更縝密的齒

15、比變化。而緊密的齒比變化就是動力銜接順暢，拉轉(zhuǎn)速換檔快速的優(yōu)點，因此， 高性能車款都是采用多檔位且緊密度良好的變速箱，如五檔位的自排變速箱，或 六檔位甚至于七檔位的手排變速箱。變速箱的密齒比設置與動力輸出息息相關(guān)，就拿五速手排和六速手排來說吧：許多人會將密齒比與六速手排劃等號，事實上,六速手排不一定采用密齒比設定, 但多出一個擋位，更容易在急速與加速中找到平衡，五速的密齒比變速箱雖然可 以將轉(zhuǎn)速落差縮小，讓動力銜接更加緊密，但卻出現(xiàn)犧牲急速的困擾，2003年 國內(nèi)氏春站拉力賽1. 6升組比賽由于氏直路段居多，所以任志國駕駛的民用變速 箱的捷達輕松的戰(zhàn)勝了密齒比急速只有140km/h的大眾pol

16、o賽車。這吋若多出 第六個擋則可以將急速在往上推，試想在300km/h的速度范圍中，分別采用5 個擋位和6個擋位間隔，六擋可以取得更加緊密的齒比銜接。我們以skyline gt-r為例，nismo在1998年以r33 gt-r為基礎,打造出史上 最強的nismo 400r,售價達到1200萬日元，最大馬力直奔400ps,堪稱日木最 快和最貴的國產(chǎn)車，總共生產(chǎn)了 40部。nismo 400r的變速箱與r33 gt-r相同, 皆為got rag制fs5r30a五速手排變速箱，然而r34 gt-r于1999年1月現(xiàn)身， 改搭載getrag制fs6r93a六速手排變速箱。擁冇兩部分別搭載5mt和6mt的 400r,動力輸出、底盤完全相同的條件下，最適合比較變速箱的差異。無論是r33gt-r的5mt或是r34gt-r的6mt的變速箱，齒比曲線都不算錦密，5mt 對應的極限速度可以直上317km/h,而6mt更高達349km/h,原廠gt-r只有280ps 最大馬力，若是解除速限后，急速約在270km/h的水平，五扌當與六扌當?shù)淖饔梦赐?全發(fā)揮;而nismo 400r的rb-x gt2引擎，最大馬力